Mesone

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Il decadimento di un kaone (K+) in tre pioni (2 π+, 1 π⁻) è un processo che coinvolge sia le interazioni deboli che quelle forti.

Le interazioni deboli : l'antiquark strange (s) del kaone trasmuta in un antiquark up (u) tramite l'emissione di un bosone W+, il quale decade consequenzialmente in un antiquark down (d) e un quark up (u).

Le interazioni forti : un quark up (u) emette un gluone (g) che decade in un quark down (d) e un antiquark down (d).

In fisica delle particelle, i mesoni sono un gruppo di particelle subatomiche composte da un quark e un antiquark legati dalla forza forte.

I mesoni sono instabili e decadono tipicamente in fotoni o in leptoni, come gli elettroni e i neutrini.

Il primo mesone venne teorizzato nel 1935 da Hideki Yukawa come mediatore dell'interazione forte fra nucleoni[1] e fu poi identificato sperimentalmente nel 1947 nei raggi cosmici con il pione.[2]

Il termine mesone nacque storicamente per indicare particelle con massa intermedia fra l'elettrone e il protone.

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

La combinazione dei mesoni pseudoscalari (con spin=0) in disposizione a nonetto.
La combinazione dei mesoni vettori (spin=1) in disposizione a nonetto.

I mesoni fanno parte della famiglia degli adroni e avendo spin intero sono bosoni. I mesoni più leggeri agiscono a livello effettivo come particelle che mediano la forza fra i nucleoni a brevi distanze e più in generale svolgono un ruolo nei processi di interazione forte. Poiché sono composti da quark, interagiscono con altre particelle sia tramite la forza debole che quella forte. I mesoni che hanno una carica elettrica netta partecipano anche all'interazione elettromagnetica a grandi distanze.

I mesoni sono classificati secondo il loro contenuto in quark, il momento angolare totale, la parità e la coniugazione di carica. In base al contenuto di quark e alla simmetria di flavor, i mesoni sono divisi in multipletti di masse quasi degeneri. Ad esempio i tre pioni con carica elettrica positiva, negativa e neutra individuano un tripletto di isospin in cui le masse differiscono solo di circa il 3%.

Mentre nessun mesone risulta stabile, quelli di massa inferiore hanno comunque una vita media più lunga che li rende più facili da osservare nei raggi cosmici e da studiare negli acceleratori di particelle. Alcuni mesoni hanno una massa molto inferiore ai barioni, l'altro grande gruppo di adroni, e per questo motivo sono prodotti in grandi quantità nelle collisioni alta energia fra i nucleoni impiegate negli esperimenti moderni. Per esempio, il quark charm per la prima volta fu osservato nel mesone J/Psi (J/ψ) nel 1974,[3][4] e il quark bottom nel mesone upsilon (ϒ) nel 1977.[5]

Non tutti i mesoni hanno una corrispondente antiparticella (antimesone), dove i quark sono sostituiti dai loro corrispondenti antiquark e viceversa. Ad esempio, un pione positivo (π+) è costituito da un quark up e un antiquark down; e la sua antiparticella corrispondente, il pione negativo (π⁻), è costituita da un antiquark up e un quark down. Il pione neutro π0 è invece costituito da una miscela simmetrica di quark ed antiquark, sicché l'antiparticella del π0 è il π0 stesso.

Lista dei mesoni[modifica | modifica sorgente]

Le tabelle elencano tutti i mesoni pseudoscalari (JP = 0) e vettori (JP = 1), sia osservati che solo previsti a livello teorico.

I simboli riportati sono: I (isospin), J (momento angolare totale), P (parità), C (parità C), G (parità G), u (quark up), d (quark down), s (quark strange), c (quark charm), b (quark bottom), Q (carica), B (numero barionico), S (stranezza), C (charmness), e B′ (bottomness), oltre a numerose particelle subatomiche.

Per le antiparticelle corrispondenti è sufficiente modificare i quark in antiquark, mutando i segni di Q, B, S, C, e B′. Le particelle con il simbolo accanto al nome sono state previste dal modello standard ma non sono ancora state osservate. I valori contrassegnati in rosso non sono stati fermamente stabiliti tramite esperimenti, ma sono previsti dal modello a quark e sono coerenti con le misure.

Mesoni pseudoscalari[modifica | modifica sorgente]

Mesoni pseudoscalari
Nome
della
particella
Simbolo
della
particella
Simbolo
dell'
antiparticella
Quark
contenuti
Massa a riposo (MeV/c2) IG JPC S C B' Vita media (s) Comunemente decade in

(>5% di decadimento)

Pione[6] π+ π- ud 139,57018 ± 0,00035 1 0 0 0 0 2,6033 ± 0,0005×10−8 μ+ + νμ
Pione[7] π⁰ Lo stesso \mathrm{\tfrac{u\bar{u} - d\bar{d}}{\sqrt{2}}} [a] 134,9766 ± 0,0006 1 0−+ 0 0 0 8,4 ± 0,6×10−17 γ + γ
Mesone eta[8] η Lo stesso \mathrm{\tfrac{u\bar{u} + d\bar{d} - 2s\bar{s}}{\sqrt{6}}} [a] 547,853 ± 0,024 0+ 0−+ 0 0 0 5,0 ± 0,3×10−19 [b] γ + γ o
π⁰ + π⁰ + π⁰ o
π+ + π⁰ + π⁻
Mesone eta primo[9] η′ (958) Lo stesso \mathrm{\tfrac{u\bar{u} + d\bar{d} + s\bar{s}}{\sqrt{3}}} [a] 957,66 ± 0,24 0+ 0−+ 0 0 0 3,2 ± 0,2×10−21 [b] π+ + π⁻ + η o
(ρ⁰ + γ) / (π+ + π⁻ + γ) o

π⁰ + π⁰ + η

Mesone eta charmed[10] ηc(1S) Lo stesso cc 2980,3 ± 1,2 0+ 0−+ 0 0 0 2,5 ± 0,3×10−23 [b] Vedi modi di decadimento di ηc
Mesone eta bottom[11] ηb(1S) Lo stesso bb 9300 ± 40 0+ 0−+ 0 0 0 Sconosciuta Vedi modi di decadimento di ηb
Kaone[12] K+ K⁻ us 493,677 ± 0,016 1/2 0 1 0 0 1,2380 ± 0,0021×10−8 μ+ + νμ o
π+ + π⁰ o
π⁰ + e+ + νe o
π+ + π⁰
Kaone[13] K⁰ K ds 497, 614 ± 0,024 1/2 0 1 0 0 [c] [c]
Kaone breve[14] K⁰S Lo stesso \mathrm{\tfrac{d\bar{s} - s\bar{d}}{\sqrt{2}}} [e] 497,614 ± 0,024 [d] 1/2 0 (*) 0 0 8,953 ± 0,005×10−11 π+ + π⁻ o
π⁰ + π⁰
Kaone lungo[15] K⁰L Lo stesso \mathrm{\tfrac{d\bar{s} + s\bar{d}}{\sqrt{2}}} [e] 497,614 ± 0,024 [d] 1/2 0 (*) 0 0 5,116 ± 0,020×10−8 π± + e + νe o
π± + μ + νμ o
π⁰ + π⁰ + π⁰ o
π+ + π⁰ + π⁻
Mesone D[16] D+ D⁻ cd 1869,62 ± 0,20 1/2 0 0 +1 0 1,040 ± 0,007×10−12 Vedi modi di decadimento di D+
Mesone D[17] D⁰ D cu 1864,84 ± 0,17 1/2 0 0 +1 0 4,101 ± 0,015×10−13 Vedi modi di decadimento di D⁰
Mesone D strange[18] D+s D⁻s cs 1968,49 ± 0,34 0 0 +1 +1 0 5,00 ± 0,07×10−13 Vedi modi di decadimento di D+s
Mesone B[19] B+ B⁻ ub 5279,15 ± 0,31 1/2 0 0 0 +1 1,638 ± 0,011×10−12 Vedi modi di decadimento di B+
Mesone B[20] B⁰ B db 5279,53 ± 33 1/2 0 0 0 +1 1,530 ± 0,009×10−12 Vedi modi di decadimento di B⁰
Mesone B strange[21] B⁰s Bs sb 5366,3 ± 0,6 0 0 −1 0 +1 1,470+0,026×10−12

1,470−0,027×10−12

Vedi modi di decadimento di B⁰s
Mesone B charmed[22] B+c B⁻c cb 6276 ± 4 0 0 0 +1 +1 4,6 ± 0,7×10−13 Vedi modi di decadimento di B+c

[a] Costituzione (makeup) inesatta a causa della masse "diverse da zero" dei quark.
[b] Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione di τ = ħ/Γ.
[c] Autostato (eigenstate) forte . Nessuna durata di vita definita
[d] La massa di K⁰L e di K⁰S sono date come quella di K⁰. Tuttavia, si sa che esiste una differenza tra le masse di K⁰L e K⁰S dell'ordine di 2,2×10−11 MeV/c2.[15]
[e] Autostato debole. La composizione viene a mancare del piccolo termine della violazione del CP.

Mesoni vettori[modifica | modifica sorgente]

Mesoni vettori
Nome
della
particella
Simbolo
della
particella
Simbolo
della
antiparticella
Quark
contenuti
Massa a riposo (MeV/c2) IG JPC S C B' Vita media (s) Comunemente decade in

(>5% di decadimenti)

Mesone rho charged[23] ρ+(770) ρ⁻(770) ud 775,4 ± 0,4 1+ 1 0 0 0 ~4,5×10−24 [f][g] π+ + π⁰
Mesone rho neutro[23] ρ⁰(770) Lo stesso \mathrm{\tfrac{u\bar{u}-d\bar{d}}{\sqrt 2}} 775,49 ± 0,34 1+ 1−− 0 0 0 ~4,5×10−24 [f][g] π+ + π⁻
Mesone omega[24] ω(782) Lo stesso \mathrm{\tfrac{u\bar{u} + d\bar{d}}{\sqrt{2}}} 782,65 ± 0,12 0 1−− 0 0 0 7,75 ± 0,07×10−23 [f] π+ + π⁰ + π⁻ o

π⁰ + γ

Mesone phi[25] φ(1020) Lo stesso ss 1019,445 ± 0,020 0 1−− 0 0 0 1,55 ± 0,01×10−22 [f] K+ + K⁻ o

K⁰S + K⁰L o
(ρ + π) / (π+ + π⁰ + π⁻)

J/Psi[26] J/ψ Lo stesso cc 3096,916 ± 0,011 0 1−− 0 0 0 7,1 ± 0,2×10−21 [f] Vedi modi di decadimento di J/psi(1S)
Mesone upsilon[27] ϒ(1S) Lo stesso bb 9460,30 ± 0,26 0 1−− 0 0 0 1,22 ± 0,03×10−20 [f] Vedi modi di decadimento di ϒ(1S)
Kaone[28] K∗+ K∗⁻ us 891,66 ± 0,026 1/2 1 1 0 0 ~7,35×10−20 [f][g] Vedi modi di decadimento di K(892)
Kaone[28] K∗0 K∗0 ds 896,00 ± 0,025 1/2 1 1 0 0 7,346 ± 0,002×10−20 [f] Vedi modi di decadimento di K∗0(892)
Mesone D[29] D∗+(2010) D∗⁻(2010) cd 2010,27 ± 0,17 1/2 1 0 +1 0 6,9 ± 1,9×10−21 [f] D⁰ + π+ o
D+ + π⁰
Mesone D[30] D∗0(2007) D∗0(2007) cu 2006,97 ± 0,19 1/2 1 0 +1 0 >3,1×10−22 [f] D⁰ + π⁰ o

D⁰ + γ

Mesone D strange[31] D∗+s D∗⁻s cs 2112,3 ± 0,5 0 1 +1 +1 0 >3,4×10−22 [f] D∗+ + γ o

D∗+ + π⁰

Mesone B[32] B∗+ B∗⁻ ub 5325,1 ± 0,5 1/2 1 0 0 +1 Sconosciuta B+ + γ
Mesone B[32] B∗0 B∗0 db 5325,1 ± 0,5 1/2 1 0 0 +1 sconosciuta B⁰ + γ
Mesone B strange[33] B∗0s B∗0s sb 5412,8 ± 1,3 0 1 −1 0 +1 Sconosciuta B⁰s + γ
Mesone B charmed B∗+c B∗⁻c cb Sconosciuta 0 1 0 +1 +1 Sconosciuta Sconosciuti

[f] Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione di τ = ħ/Γ.
[g] L'esatto valore dipende dal metodo usato. Vedi la sezione dei riferimenti per ulteriori dettagli.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Hideki Yukawa, On the Interaction of Elementary Particles in Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan, vol. 17, 1935, p. 48.
  2. ^ C. M. G. Lattes, H. Muirhead, G. P. S. Occhialini, C. F. Powell, Processes Involving Charged Mesons in Nature, vol. 159, nº 4047, 1947, p. 694, DOI:10.1038/159694a0.
  3. ^ J.J. Aubert et al. (1974)
  4. ^ J.E. Augustin et al. (1974)
  5. ^ S.W. Herb et al. (1977)
  6. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – π+
  7. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – π⁰
  8. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η
  9. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η′
  10. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ηc
  11. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ηb
  12. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K+
  13. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K⁰
  14. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K⁰S
  15. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K⁰L
  16. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D±
  17. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D⁰
  18. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D+s
  19. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B+
  20. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B⁰
  21. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B⁰s
  22. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B+c
  23. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ρ
  24. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ω(782)
  25. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – φ
  26. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – J/Ψ
  27. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ϒ(1S)
  28. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K(892)
  29. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D*+-(2010)
  30. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D∗0(2007)
  31. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D*+-
  32. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B*
  33. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B*

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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